JPH0371662B2 - - Google Patents

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JPH0371662B2
JPH0371662B2 JP61109128A JP10912886A JPH0371662B2 JP H0371662 B2 JPH0371662 B2 JP H0371662B2 JP 61109128 A JP61109128 A JP 61109128A JP 10912886 A JP10912886 A JP 10912886A JP H0371662 B2 JPH0371662 B2 JP H0371662B2
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JP
Japan
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layer
redox
ion
bicarbonate
functional layer
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Application number
JP61109128A
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Japanese (ja)
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JPS62265559A (en
Inventor
Hideichiro Yamaguchi
Norio Daikuhara
Takeshi Shimomura
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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Priority to US07/044,062 priority patent/US4871442A/en
Priority to DE8787401013T priority patent/DE3764862D1/en
Priority to EP87401013A priority patent/EP0245168B1/en
Priority to KR1019870004231A priority patent/KR900004692B1/en
Priority to DK220387A priority patent/DK167824B1/en
Publication of JPS62265559A publication Critical patent/JPS62265559A/en
Publication of JPH0371662B2 publication Critical patent/JPH0371662B2/ja
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 (産業上の利用分野) 本発明は、炭酸水素イオンセンサー更に詳細に
は、内部(標準)溶液を有しない固体型の炭酸水
素イオンセンサーで、より好ましくは、生体中で
の測定も可能な炭酸水素イオンセンサーに関す
る。 (従来の技術及びその問題点) 炭酸水素イオン濃度は、生体の呼吸および代謝
機能と深い相関性があり、生体の電解質バランス
の調整や監視の目的でよく検査されている。 従来、溶液中の炭酸水素イオン濃度を電極電位
応答で測定し、固体型で小型化が可能な炭酸水素
イオンセンサーとして、導電性基体に酸化還元膜
を被着し、さらに炭酸水素イオンキヤリア膜を被
着した電極電位応答性の炭酸水素イオンセンサー
がある。 しかしながら、導電性基体/酸化還元膜/炭酸
水素イオン選択性膜からなる電極であつたため、
酸化還元膜組成物を炭酸水素イオン選択性膜中へ
の溶解または炭酸水素イオン選択性組成物の酸化
還元膜中への溶解のための電極の特性1ケ月程度
で損なわれるという欠点があつた。 発明の目的 従つて本発明は、酸化還元機能層を構成する物
質と炭酸水素イオン選択性層を構成する物質の相
互の溶解、溶出が生じない、イオン特性が長期間
安定した、妨害イオンに対する選択性が高くイオ
ン応答速度が速い炭酸水素イオンセンサーを提供
することを目的とする。 上記目的は、イオン感応部を備え、溶液中のイ
オン濃度を電極電位応答で測定する炭酸水素イオ
ンセンサーにおいて、前記イオン感応部は、導電
性基体と、該導電性基体の表面を覆う酸化還元機
能層と、該酸化還元機能層の表面を覆う隔壁層
と、該隔壁層の表面を覆う炭酸水素イオン選択性
層とを備え、前記隔壁層は該炭酸水素イオン選択
性層および前記酸化還元機能層との間でそれぞれ
の層を構成する物質の移動を妨げ、かつ炭酸水素
イオンとの接触により炭酸水素イオン選択性層に
生じる電位差を炭酸水素イオン選択性層から酸化
還元機能層へ伝達する機能を有することを特徴と
する炭酸水素イオンセンサーにより達成される。 発明の具体的な説明 以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明す
る。本発明の特徴は第1図及び第1表及び第2表
を参照することにより明瞭に理解できる。 第1図は、本発明に係わるイオンセンサーの実
施例の構成図である。導電性基体/(直径1.1mm
×長さ3.0mm)の底面1aにテフロン被覆銅線
(0.2mmφ)のリード線2が導電性接着剤8で固定
され、更に導電性基体1は1.5mm露出するように
絶縁体層9を形成し、更に熱収縮チユーブ4で外
周を被覆絶縁されている。更に露出された導電性
基体1の先端部は半球状に研磨され、露出部の表
面積が0.061cm2(平均)になるように調整され、
電解酸化重合により、導電性基体1の露出面上に
酸化還元機能層5が形成されている。 本発明の炭酸水素イオンセンサーに使用される
導電性基体1としては、例えばベーサル・プレー
トン・ピロリテツクス・グラフアイト(basal
plane pyrolytic graphite:以下BPGという)、
グラツシーカーボン等の導電性炭素材料;金、白
金、銅、銀、パラジウム、ニツケル、鉄等の金
属、特に貴金属又はこれらの金属の表面に酸化イ
ンジウム、酸化スズ等の半導体を被覆したものが
挙げられる。就中、導電性炭素材料が好ましく、
BPGが特に好ましく、形状としては円柱状が好
ましい。 また、酸化還元機能を有する層5(以下、酸化
還元機能層ということがある)とは、これを導電
性基体表面に被着してなる電極が酸化還元反応に
よつて導電性基体に一定電位を発生しうるもので
あり、本発明においては特に酸素ガス分圧によつ
て電位が変動しないものが好ましい。斯かる酸化
還元機能層5としては、例えばキノン−ヒドロ
キノン型の酸化還元反応を行うことができる有機
化合物層若しくは高分子層、アミン−7キノイ
ド型の酸化還元反応を行うことができる有機化合
物層もしくは高分子層等が好適なものとして挙げ
られる。なお、ここでキノン−ヒドロキノン型の
酸化還元反応とは、重合体の場合を例にとれば、
例えば次の反応式で表されるものをいう。 (式中、R1、R2は例えば芳香族含有構造の化合
物を示す) また、アミン−キノイド型の酸化還元反応と
は、前記同様重合体の場合を例にとれば、例えば
次の反応式で表わされるものをいう。 (−N=R3=)n1N−+H+,+e- ――――――→ ←―――――― (−NH−R4)−n1NH− (式中、R3,R4は例えば芳香族含有構造の化合
物を示す) このような酸化還元機能を有する層5を形成し
うる化合物としては、例えば次の(a)〜(c)の化合物
が挙げられる。 (式中、Arは芳香核、各R5は置換基、m2は1
ないしAr1の有効原子価数、n2は0ないしAr1
の有効原子価数−1を示す)で表わされるヒド
ロキシ芳香族化合物。Ar1の芳香核は、例えば
ベンゼン核のように単環のものであつても、ア
ントラセン核、ピレン核、クリセン核、ペリレ
ン核、コロネン核等のよう多環のものであつて
もよく、またベンゼン骨核のみならず複素環骨
核ものであつてもよい。置換基R5としては、
例えばメチル基等のアルキル基、フエニル基等
のアリール基、およびハロゲン原子等が挙げら
れる。具体的には、例えばジメチルフエノー
ル、フエノール、ヒドロキシピリジン、o−ま
たはm−ペンジルアルコール、o−、m−また
はp−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−また
はm−ヒドロキシアセトフエノン、o−、m−
またはp−ヒドロキシプロピオフエノン、o
−、m−またはp−ヒドロキシベンゾフエノ
ン、o−、m−またはp−カルボキシフエノー
ル、ジフエニルフエノール、2−メチル−8−
ヒドロキシノリン、5−ヒドロキシ−1,4−
ナフトキノン、4−(p−ヒドロキシフエニル)
2−ブタノン、1,5−ジヒドロキシ−1,
2,3,4−テトラヒドロナフタレン、ビスフ
エノールA、サリチルアニリド、5−ヒドロキ
シキノリン、8−ヒドロキシキノリン、1,8
−ジヒドロキシアトラキノン、5−ヒドロキシ
−1,4−ナフトキノン等が挙げられる。 (b) 次式
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a bicarbonate ion sensor, more particularly a solid-state bicarbonate ion sensor without an internal (standard) solution, and more preferably a solid-state bicarbonate ion sensor without an internal (standard) solution. , relates to a bicarbonate ion sensor that can also be measured in living organisms. (Prior Art and its Problems) The concentration of bicarbonate ions has a deep correlation with the respiratory and metabolic functions of living organisms, and is often examined for the purpose of adjusting and monitoring the electrolyte balance of living organisms. Conventionally, a hydrogen carbonate ion sensor that measures the hydrogen carbonate ion concentration in a solution using electrode potential response and can be miniaturized in a solid state has been developed by depositing a redox film on a conductive substrate and then adding a hydrogen carbonate ion carrier film. There is a deposited electrode potential responsive bicarbonate ion sensor. However, since the electrode consisted of a conductive substrate/redox membrane/bicarbonate ion selective membrane,
There was a drawback that the properties of the electrode for dissolving the redox membrane composition into the bicarbonate ion-selective membrane or the dissolution of the bicarbonate ion-selective composition into the redox membrane were impaired in about one month. Purpose of the Invention Therefore, the present invention provides a method for selecting interfering ions, in which mutual dissolution and elution of the substance constituting the redox functional layer and the substance constituting the hydrogen carbonate ion selective layer do not occur, the ionic characteristics are stable for a long period of time, and the ionic properties are stable for a long period of time. The purpose of the present invention is to provide a bicarbonate ion sensor with high performance and fast ion response speed. The above object is to provide a bicarbonate ion sensor that includes an ion-sensing section and measures the ion concentration in a solution by electrode potential response, wherein the ion-sensing section has a conductive substrate and a redox function that covers the surface of the conductive substrate. a partition layer covering the surface of the redox functional layer, and a bicarbonate ion selective layer covering the surface of the partition layer, the partition layer comprising the bicarbonate ion selective layer and the redox functional layer. It has the function of preventing the movement of substances constituting each layer between the layers and transmitting the potential difference generated in the bicarbonate ion-selective layer from the bicarbonate ion-selective layer to the redox functional layer due to contact with bicarbonate ions. This is achieved by a bicarbonate ion sensor characterized by having. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be specifically described below based on examples. The features of the present invention can be clearly understood by referring to FIG. 1 and Tables 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an ion sensor according to the present invention. Conductive substrate/(diameter 1.1mm
A lead wire 2 made of a Teflon-coated copper wire (0.2 mmφ) is fixed to the bottom surface 1a of the body (length 3.0 mm) with a conductive adhesive 8, and an insulating layer 9 is formed so that the conductive substrate 1 is exposed by 1.5 mm. Furthermore, the outer periphery is covered and insulated with a heat shrink tube 4. Furthermore, the exposed tip of the conductive substrate 1 was polished into a hemispherical shape, and the surface area of the exposed portion was adjusted to 0.061 cm 2 (average).
A redox functional layer 5 is formed on the exposed surface of the conductive substrate 1 by electrolytic oxidative polymerization. The conductive substrate 1 used in the bicarbonate ion sensor of the present invention is, for example, basal platen pyrolitex graphite (basal platen pyrolitex graphite).
plane pyrolytic graphite (hereinafter referred to as BPG),
Conductive carbon materials such as glassy carbon; metals such as gold, platinum, copper, silver, palladium, nickel, and iron, especially noble metals, or those whose surfaces are coated with semiconductors such as indium oxide and tin oxide. It will be done. Among these, conductive carbon materials are preferred;
BPG is particularly preferred, and the shape is preferably cylindrical. In addition, the layer 5 having a redox function (hereinafter sometimes referred to as a redox functional layer) means that an electrode formed by depositing this layer on the surface of a conductive substrate is applied to the conductive substrate at a constant potential by a redox reaction. In the present invention, it is particularly preferable to use a material whose potential does not vary depending on the oxygen gas partial pressure. Such a redox functional layer 5 may be, for example, an organic compound layer or a polymer layer capable of performing a quinone-hydroquinone type redox reaction, an organic compound layer or a polymer layer capable of performing an amine-7quinoid type redox reaction. Preferred examples include polymer layers. In addition, here, the quinone-hydroquinone type redox reaction, taking the case of a polymer as an example,
For example, it refers to the reaction represented by the following reaction formula. (In the formula, R 1 and R 2 represent, for example, a compound with an aromatic-containing structure.) In addition, the amine-quinoid type redox reaction is the same as the above-mentioned polymer, for example, as shown in the following reaction formula. refers to something expressed as (−N=R 3 =) n 1 N−+H + , +e - ――――――→ ←―――――― (−NH−R 4 )−n 1 NH− (in the formula, R 3 , R 4 represents, for example, a compound having an aromatic-containing structure.) Examples of compounds that can form the layer 5 having such a redox function include the following compounds (a) to (c). (In the formula, Ar is an aromatic nucleus, each R 5 is a substituent, m 2 is 1
or the effective valence number of Ar 1 , n 2 is 0 or Ar 1
A hydroxy aromatic compound represented by (the effective valence number of -1). The aromatic nucleus of Ar 1 may be a monocyclic nucleus such as a benzene nucleus, or a polycyclic nucleus such as an anthracene nucleus, pyrene nucleus, chrysene nucleus, perylene nucleus, coronene nucleus, etc. Not only a benzene bone core but also a heterocyclic bone core may be used. As the substituent R 5 ,
Examples include alkyl groups such as methyl groups, aryl groups such as phenyl groups, and halogen atoms. Specifically, for example, dimethylphenol, phenol, hydroxypyridine, o- or m-pendyl alcohol, o-, m- or p-hydroxybenzaldehyde, o- or m-hydroxyacetophenone, o-, m-
or p-hydroxypropiophenone, o
-, m- or p-hydroxybenzophenone, o-, m- or p-carboxyphenol, diphenylphenol, 2-methyl-8-
Hydroxynoline, 5-hydroxy-1,4-
naphthoquinone, 4-(p-hydroxyphenyl)
2-butanone, 1,5-dihydroxy-1,
2,3,4-tetrahydronaphthalene, bisphenol A, salicylanilide, 5-hydroxyquinoline, 8-hydroxyquinoline, 1,8
-dihydroxyatraquinone, 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone, and the like. (b) The following formula

【式】 (式中、Ar2は芳香核、各R6は置換基、m3
1ないしAr2の有効原子価数、n3は0ないし
Ar2の有効原子価数−1を示す)で表わされる
アミノ芳香族化合物。 Ar2の芳香核、置換基R6としては化合物(a)に
おけるAr1、置換基R5と夫々同様のものが使用
される。アミノ芳香族化合物の具体例を挙げる
と、アニリン、1,2−ジアミノベンゼン、ア
ミノピレン、ジアミノピレン、アミノクリセ
ン、ジアミノクリ、1−アミノフエナントレ
ン、9−アミノフエナントレン、9,10−ジア
ミノフエナントレン、1−アミノアントラキノ
ン、p−フエノキシアニリン、o−フエニレン
ジアミン、p−クロロアニリン、3,5−ジク
ロロアニン、2,4,6−トリクロロアニリ
ン、N−メチルアニリン、N−フエニル−p−
フエニレンジアミン等である。 (c) 1,6−ピレンキノン、1,2,5,8−テ
トラヒドロキシナリザリン、フエナントレンキ
ノン、1−アミノアントラキノン、プルプリ
ン、1−アミノ−4−ヒドキシアントラキノ
ン、アントラルフイン等のキノン類。 これらの化合物のうち、特に2,6−キシレ
ンノール、1−アミノピレンが好ましい。 更に、実施例に係る酸化還元機能層5を形成
しうる化合物としては、 (d) ポリ(N−メチルアニリン)〔大貫、松田、
小山、日本化学会誌、1801−1809(1984)〕、ポ
リ(2,6−ジメチル−1,4−フエニレンエ
ーテル)、ポリ(o−フエニレンジアミン)、ポ
リ(フエノール)、ポリ2,6キシレノール;
ピラゾロキノン系ビニルモノマーの重合体、イ
ソアロキサジン系ビニルモノマーの重合体等の
キノン系ビニルポリマー縮重合化合物のような
(a)〜(c)の化合物を含有する有機化合物、(a)〜(c)
の化合物の低重合度高分子化合物(オリゴマ
ー)、あるいは(a)〜(c)をポリビニル化合物、ポ
リアミド化合物等の高分子化合物に固定したも
の等の当該酸化還元反応性を有するものが挙げ
られる。これらの中では特にポリ(2,6キシ
レノール)が好ましい。 なお、本明細書において、重合体という語は
単独重合体及び共重合体等の相互重合体の双方
を含む。 叙上の酸化還元機能層5を形成しうる化合物
が導電性基体1の表面に被着されるためには、
アミノ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合物
等の電解酸化重合法または電解析出法によつて
基体表面上に直接重合させる方法、あるいは電
子線照射、光、熱などの適用によつて、予め合
成された重合体を溶媒に溶かし、この溶液を浸
漬・塗布および乾燥により基体表面に固定する
方法、更には重合体層を化学的処理、物理的処
理もしくは照射処理によつて基体表面に直接固
定する方法を採ることができる。これらの方法
の中では、特に電解酸化重合法によるのが好ま
しい。 電解酸化重合法は、溶媒中で適当な支持電解質
の存在下、アミノ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香
族化合物等を電解酸化重合させ導電体の表面に合
成層が被着されることにより実施される。溶媒と
しては、例えばアセトニトリル、水、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレン
カーボネート等が、また支持電解質としては、例
えば過塩素酸ナトリウム、流、硫酸二ナトリウ
ム、リン酸、ホウ酸、テトラフルオロホウ素酸
塩、テトラフルオロリン酸カリウム、4級アンモ
ニウム塩などが好適なものとして挙げられる。斯
くして被着される重合体膜層は一般に極めて緻密
であり、薄い層であつても酸素の透過を阻止する
ことができる。然し、本発明に使用しうるために
は、酸化還元機能層5は当該酸化還元反応性を有
するものであれば特に制限はなく、層の緻密の如
何は問わない。 酸化還元機能層5の厚さは0.1μm〜0.5mmとな
るようにするのが好ましい。0.1μmより薄い場合
には、本発明の効果を十分奏さず、また0.5mmよ
り厚い場合には層の抵抗が高くなり過ぎ、測定上
好ましくない。 また、酸化還元機能層5は、これに電解質を含
浸させて使用することができる。電解質として
は、例えばリン酸水素二カリウム、過塩素酸ナト
リウム、硫酸、テトラフルオロホウ酸塩、テトラ
フエニルホウ酸塩等が挙げられる。これらの中で
は特に過塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化還元
機能層5に電解質を含浸させるには、酸化還元機
能層5を導電性基体に被着したのち、これを電解
質に溶液に浸漬する方法が簡便である。 叙上の如くして導電性基体1に酸化還元機能層
5が被覆された電極(以下酸化還元電極という)
の表面に更に重ねて被覆される隔壁層6は、酸化
還元機能層5および炭酸水素イオン選択性層7と
の間でそれぞれの層を構成する物質の移動を妨げ
かつ炭酸水素イオンとの接触により炭酸水素イオ
ン選択性層7に生じる電位差と炭酸水素イオンを
酸化還元機能層5へ伝達する機能を有するもので
ある。 このような機能を有する層としては、電解質液
又は水溶液を保有する高分子層が好ましく、特に
ゲル状の高分子層が好ましい。これらの高分子と
しては、ポリビニルアルコール(以下PVAと略
す)、アセチルセルロースなどのセルロース類、
ゼラチン、寒天などの天然水溶性高分子、マンナ
ン、スターチなどの半合成天然水溶性高分子が好
ましく、これらの中で特にPVAが好ましい。 隔壁層6を酸化還元機能層5に被覆するには、
例えばPVA10%水溶液あるいは、電解液を含む
PVA10%水溶液を作成し、この溶液中に酸化還
元電極を十分浸漬、引き上げ、風乾そして150℃
で乾燥という工程を繰り返し、所定の厚さに調整
して得られる。 PVAの厚さとしては0.2μm〜0.8mm、特に10μm
〜0.6mmが好ましい。隔壁層6の表面に更に被覆
される炭酸イオン選択性層7としては、炭酸水素
イオンキヤリアー物質および必要により電解質塩
を高分子化合物に担持せしめた層が使用される。
炭酸水素イオンキヤリアー物質としては、次式 (式中、R11、R12、R13は各々同一又は異なつた
炭素数8〜18のアルキルを、R14は水素原子又は
炭素数1〜4のアルキル基を、X-はCl-、Br-
はOH-を示す)で表される4級アンモニウム
塩;次式 (式中、R15はフエニル基、水素原子又はメチル
基を、R16は水素原子又はメチル基を、R17は水
素原子、メチル基又はオクタデシル基を示す)で
表される3級アミン化合物;更に次式 で表される化合物が挙げられる。この中では特に
4級アンモニウム塩が好ましい。電解質塩として
は、例えば、ナトリウムテトラキス(p−クロロ
フエニル)ボレート、カリウムテトラキス(p−
クロロフエニル)ボレートおよび次式 (R184NBF4 (式中、R18はアルキル基、好ましくは炭素数2
〜6のアルキル基を示す)で表わされる化合物が
挙げられる。この中では特にカリウムテトラキス
(p−クロロフエニル)ボレート(KTpClPB)
が好ましい。また、炭酸水素イオンキヤリアー物
質を担持せしめる層材については、高分子化合物
として、例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−エ
チレン共重合体、ポリエステル、ポリアクリルア
ミド、ポリウレタンなどの有機高分子化合物およ
びシリコーン樹脂などの無機高分子化合物を挙げ
ることができる。 この中では、塩化ビニルが特に好ましい。使用
される可塑剤としては、溶出しにくいものが好ま
しく、このような可塑剤としては、セバシン酸ジ
オクチルエステル、アジピン酸ジオクチルエステ
ル、マレイン酸ジオクチルエステル、ジ−n−オ
クチルフエニルホスネート等が挙げられ、特にセ
バシン酸ジオクチル(DOS)、セバシン酸ジ(2
−エチルヘキシル)が好ましい。また溶媒として
はテトラヒドロフラン(THF)が特に好ましい。
炭酸水素イオン選択性層7が被覆されるには、例
えばTHF等の溶媒に高分子化合物、可塑剤、イ
オンキヤリアー物質を溶かした溶液中に酸化還元
電極を浸漬、引き上げ、風乾そして乾燥を繰り返
し所定の厚さに調整することにより得られる。炭
酸水素イオン選択性層7の厚さとしては、0.1μm
〜3mm、特に0.1mm〜1.0mmとなるようにするのが
好ましい。 (試験例) 上述の如く作成された酸化還元機能層5と炭酸
水素イオン選択性層7との間に隔壁層6を備えた
炭酸水素イオンセンサーについて、炭酸水素イオ
ンセンサーを作用電極、飽和塩化ナトリウムカロ
メル電極(SSCE)を基準電極として用い、0.1m
M炭酸水素ナトリウム溶液中に0.5M炭酸水素ナ
トリウム溶液を滴定して濃度を変化させたときの
起電気の応答の測定を37℃で行つた。次に陰イオ
ン、即ち塩素イオン、過塩素酸イオン、酢酸イオ
ン、硝酸イオンに対して選択性の影響を調べた。 また、溶液中の溶存酸素濃度に対する影響を起
電力の変動を測定することにより10時間にわたつ
て調べた。 上記結果を第1表及び第2表に示す。
[Formula] (In the formula, Ar 2 is an aromatic nucleus, each R 6 is a substituent, m 3 is 1 to the effective valence number of Ar 2 , and n 3 is 0 to
An amino aromatic compound represented by (indicating the effective valence number of Ar 2 -1). As the aromatic nucleus of Ar 2 and the substituent R 6 , the same ones as Ar 1 and the substituent R 5 in compound (a) are used, respectively. Specific examples of amino aromatic compounds include aniline, 1,2-diaminobenzene, aminopyrene, diaminopyrene, aminochrysene, diaminocrystalline, 1-aminophenanthrene, 9-aminophenanthrene, 9,10-diaminophene. Nanthrene, 1-aminoanthraquinone, p-phenoxyaniline, o-phenylenediamine, p-chloroaniline, 3,5-dichloroaniline, 2,4,6-trichloroaniline, N-methylaniline, N-phenyl -p-
Such as phenylenediamine. (c) 1,6-pyrenequinone, 1,2,5,8-tetrahydroxynarizarin, phenanthrenequinone, 1-aminoanthraquinone, purpurin, 1-amino-4-hydroxyanthraquinone, anthralfin, etc. Quinones. Among these compounds, 2,6-xylenol and 1-aminopyrene are particularly preferred. Furthermore, as a compound that can form the redox functional layer 5 according to the example, (d) poly(N-methylaniline) [Onuki, Matsuda,
Koyama, Journal of the Chemical Society of Japan, 1801-1809 (1984)], poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), poly(o-phenylenediamine), poly(phenol), poly2,6 xylenol ;
Quinone-based vinyl polymer condensation compounds such as pyrazoquinone-based vinyl monomer polymers, isoalloxazine-based vinyl monomer polymers, etc.
Organic compounds containing compounds of (a) to (c), (a) to (c)
Examples include low-polymerization polymer compounds (oligomers) of the compounds described above, or those having the redox reactivity, such as those in which (a) to (c) are fixed to a polymer compound such as a polyvinyl compound or a polyamide compound. Among these, poly(2,6 xylenol) is particularly preferred. Note that in this specification, the term polymer includes both homopolymers and interpolymers such as copolymers. In order for the compound capable of forming the above redox functional layer 5 to be deposited on the surface of the conductive substrate 1,
Aminoaromatic compounds, hydroxyaromatic compounds, etc. can be directly polymerized on the substrate surface by electrolytic oxidative polymerization or electrolytic deposition, or they can be synthesized in advance by applying electron beam irradiation, light, heat, etc. A method in which the polymer layer is dissolved in a solvent and fixed to the substrate surface by dipping/coating and drying the solution, and a method in which the polymer layer is directly fixed to the substrate surface by chemical treatment, physical treatment, or irradiation treatment. can be taken. Among these methods, electrolytic oxidative polymerization is particularly preferred. The electrolytic oxidative polymerization method is carried out by electrolytically oxidatively polymerizing an amino aromatic compound, hydroxy aromatic compound, etc. in a solvent in the presence of a suitable supporting electrolyte to deposit a synthetic layer on the surface of a conductor. Examples of the solvent include acetonitrile, water, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, etc., and examples of the supporting electrolyte include sodium perchlorate, sodium perchlorate, disodium sulfate, phosphoric acid, boric acid, tetrafluoroborate, and the like. Suitable examples include potassium tetrafluorophosphate and quaternary ammonium salts. The polymer membrane layers deposited in this way are generally very dense and can prevent the permeation of oxygen even in thin layers. However, in order to be usable in the present invention, the redox functional layer 5 is not particularly limited as long as it has the redox reactivity, and it does not matter how dense the layer is. The thickness of the redox functional layer 5 is preferably 0.1 μm to 0.5 mm. If it is thinner than 0.1 μm, the effect of the present invention will not be sufficiently achieved, and if it is thicker than 0.5 mm, the resistance of the layer will become too high, which is not preferable in terms of measurement. Further, the redox functional layer 5 can be used by impregnating it with an electrolyte. Examples of the electrolyte include dipotassium hydrogen phosphate, sodium perchlorate, sulfuric acid, tetrafluoroborate, and tetraphenylborate. Among these, sodium perchlorate is particularly preferred. A convenient method for impregnating the redox functional layer 5 with an electrolyte is to deposit the redox functional layer 5 on a conductive substrate and then immerse it in an electrolyte solution. An electrode in which a conductive substrate 1 is coated with a redox functional layer 5 as described above (hereinafter referred to as a redox electrode)
The partition layer 6, which is further coated on the surface of the oxidation-reduction functional layer 5 and the bicarbonate ion selective layer 7, prevents the movement of substances constituting each layer, and prevents the movement of substances constituting each layer by contact with the bicarbonate ions. It has a function of transmitting the potential difference generated in the bicarbonate ion selective layer 7 and the bicarbonate ions to the redox functional layer 5. As a layer having such a function, a polymer layer containing an electrolyte solution or an aqueous solution is preferable, and a gel-like polymer layer is particularly preferable. These polymers include polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA), celluloses such as acetylcellulose,
Natural water-soluble polymers such as gelatin and agar, and semi-synthetic natural water-soluble polymers such as mannan and starch are preferred, and among these, PVA is particularly preferred. To cover the redox functional layer 5 with the partition layer 6,
For example, it contains PVA 10% aqueous solution or electrolyte.
Create a 10% PVA aqueous solution, fully immerse the redox electrode in this solution, pull it out, air dry it, and then heat it to 150°C.
The drying process is repeated to obtain a desired thickness. The thickness of PVA is 0.2μm to 0.8mm, especially 10μm
~0.6 mm is preferred. As the carbonate ion selective layer 7 further coated on the surface of the partition layer 6, there is used a layer in which a polymer compound supports a bicarbonate ion carrier material and, if necessary, an electrolyte salt.
As a hydrogen carbonate ion carrier substance, the following formula (In the formula, R 11 , R 12 , R 13 are the same or different alkyl groups having 8 to 18 carbon atoms, R 14 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X - is Cl - , Br - or OH - ); quaternary ammonium salt represented by the following formula: (In the formula, R 15 represents a phenyl group, a hydrogen atom or a methyl group, R 16 represents a hydrogen atom or a methyl group, and R 17 represents a hydrogen atom, a methyl group or an octadecyl group); Furthermore, the following formula Examples include compounds represented by: Among these, quaternary ammonium salts are particularly preferred. Examples of electrolyte salts include sodium tetrakis(p-chlorophenyl)borate, potassium tetrakis(p-
chlorophenyl)borate and the following formula (R 18 ) 4 NBF 4 (wherein R 18 is an alkyl group, preferably having 2 carbon atoms)
to 6 alkyl groups). Among these, especially potassium tetrakis(p-chlorophenyl)borate (KTpClPB)
is preferred. In addition, for the layer material supporting the bicarbonate ion carrier substance, examples of polymer compounds include organic polymer compounds such as vinyl chloride resin, vinyl chloride-ethylene copolymer, polyester, polyacrylamide, polyurethane, and silicone resin. Inorganic polymer compounds can be mentioned. Among these, vinyl chloride is particularly preferred. The plasticizer used is preferably one that is difficult to dissolve, and examples of such plasticizers include dioctyl sebacate, dioctyl adipate, dioctyl maleate, di-n-octylphenyl phosnate, and the like. In particular, dioctyl sebacate (DOS), di(2) sebacate
-ethylhexyl) is preferred. Tetrahydrofuran (THF) is particularly preferred as the solvent.
To coat the bicarbonate ion selective layer 7, the redox electrode is repeatedly immersed in a solution of a polymer compound, a plasticizer, and an ion carrier substance dissolved in a solvent such as THF, pulled up, air-dried, and then dried. This can be obtained by adjusting the thickness to a predetermined value. The thickness of the bicarbonate ion selective layer 7 is 0.1 μm.
It is preferable that the thickness be 3 mm, particularly 0.1 mm to 1.0 mm. (Test Example) Regarding the bicarbonate ion sensor having the partition layer 6 between the redox functional layer 5 and the bicarbonate ion selective layer 7 prepared as described above, the bicarbonate ion sensor was used as the working electrode, and saturated sodium chloride was used as the working electrode. Using a calomel electrode (SSCE) as a reference electrode, 0.1m
The electromotive response was measured at 37°C when a 0.5M sodium hydrogen carbonate solution was titrated into a 0.5M sodium hydrogen carbonate solution and the concentration was varied. Next, the influence of selectivity on anions, ie, chloride, perchlorate, acetate, and nitrate ions, was investigated. In addition, the effect on the dissolved oxygen concentration in the solution was investigated by measuring the fluctuation of electromotive force over a period of 10 hours. The above results are shown in Tables 1 and 2.

【表】【table】

【表】 上記結果から、実施例1〜3において、ネルン
ストプロツトの傾きは、理論値61.55mV/log
[HCO3 -]とよく一致し、しかも3ケ月の間、ネ
ルンストプロツトの傾きが殆ど変化せず、安定し
た値を示していることがわかる。また、酸化還元
機能層を構成する物質の炭酸水素イオン選択性層
への溶出、炭酸水素イオン選択性層を構成する物
質の酸化還元機能層への溶出が実質的にないこと
がわかる。この確認方法として可視、紫外スペク
トル吸収の強度変化の測定および液体クロマトグ
ラフ法等を用いて溶出のないことを確認した。さ
らに、塩素イオン、過塩素酸イオン、酢酸イオ
ン、硝酸イオンに対する選択性もよく、溶存酸素
による影響もうけないことがわかる。 また、95%応答速度は、1分以内であつた。な
お、本実施例は本発明の1例であり、これに限定
されるものではなく、各層をなす構成物質の組成
についてもこれに限定されるものではない。 発明の効果 本発明は、酸化還元機能層と炭酸水素イオン選
択性層の間にそれぞれの層を構成する物質の相互
移動を妨げ、かつ炭酸水素イオンとの接触により
炭酸水素イオン選択性層に生ずる電位差を炭酸水
素イオン選択性層から酸化還元機能層へ伝達する
機能を有する隔壁層を設けたことにより、酸化還
元機能層組成物とイオン選択性層の組成物の相互
の溶解、溶出例えば酸化還元機能層中のキノイド
化合物(赤褐色)のイオン選択性層への溶出が生
じなくなり、イオン特性すなわちネルンストプロ
ツトの傾きが長期間にわたり変化することがな
く、陰イオンの妨害に対しても選択性が優れ、イ
オン応答速度が速い。 また、内部に液室を有するガラス型と異なる固
体型のセンサーであるため、取り扱いが簡単で、
小型化が図られ、しかも破損し難いので、ガイド
ワイヤー、カテーテル等を組み合わせることによ
り、医療用センサーとして生体中の炭酸水素イオ
ン濃度が測定でき、生体の呼吸および代書機能、
生体の電解質バランスの監視に用いることができ
る。
[Table] From the above results, in Examples 1 to 3, the slope of the Nernst plot was the theoretical value of 61.55 mV/log.
It can be seen that the value agrees well with [HCO 3 - ], and the slope of the Nernst plot hardly changes during the three months, indicating a stable value. Furthermore, it can be seen that there is substantially no elution of the substance constituting the redox functional layer into the bicarbonate ion selective layer, and there is substantially no elution of the substance constituting the bicarbonate ion selective layer into the redox functional layer. As confirmation methods, the absence of elution was confirmed using measurements of intensity changes in visible and ultraviolet spectrum absorption, liquid chromatography, and the like. Furthermore, it can be seen that the selectivity for chloride ions, perchlorate ions, acetate ions, and nitrate ions is good, and that there is no influence from dissolved oxygen. Also, the 95% response speed was within 1 minute. Note that this example is one example of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the composition of the constituent materials forming each layer is not limited thereto either. Effects of the Invention The present invention prevents mutual movement of substances constituting each layer between the redox functional layer and the bicarbonate ion-selective layer, and prevents the mutual movement of substances constituting each layer, and prevents the transfer of substances that occur in the bicarbonate ion-selective layer upon contact with bicarbonate ions. By providing a partition layer that has the function of transmitting a potential difference from the bicarbonate ion selective layer to the redox functional layer, mutual dissolution and elution of the redox functional layer composition and the ion selective layer composition, such as redox The quinoid compound (reddish brown) in the functional layer no longer elutes into the ion-selective layer, and the ionic properties, that is, the slope of the Nernst plot, do not change over a long period of time, and the selectivity is maintained even against the interference of anions. Excellent, fast ion response speed. In addition, since it is a solid-state sensor, different from a glass-type sensor that has a liquid chamber inside, it is easy to handle.
Since it is compact and difficult to break, it can be used as a medical sensor to measure the bicarbonate ion concentration in living organisms by combining it with guide wires, catheters, etc.
It can be used to monitor electrolyte balance in living organisms.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の炭酸水素イオンセンサーの構
成図。 1……導電性基体、1a……導電性基体底面、
2……リード線、3……テフロン被覆部、4……
熱収縮チユーブ、5……酸化還元機能層、6……
隔壁層、7……炭酸水素イオン選択性層、8……
導電性接着剤、9……絶縁体層。
FIG. 1 is a block diagram of the bicarbonate ion sensor of the present invention. 1... Conductive substrate, 1a... Bottom surface of conductive substrate,
2...Lead wire, 3...Teflon coating, 4...
Heat shrink tube, 5... Redox functional layer, 6...
Partition layer, 7... Bicarbonate ion selective layer, 8...
Conductive adhesive, 9...insulator layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 イオン感応部を備え、溶液中のイオン濃度を
電極電位応答で測定する炭酸水素イオンセンサー
において、前記イオン感応部は、導電性基体と、
該導電性基体の表面を覆う酸化還元機能層と、該
酸化還元機能層の表面を覆う隔壁層と、該隔壁層
の表面を覆う炭酸水素イオン選択性層とを備え、
前記隔壁層は該炭酸水素イオン選択性層および前
記酸化還元機能層との間でそれぞれの層を構成す
る物質の移動を妨げ、かつ炭酸水素イオンとの接
触により炭酸水素イオン選択性層に生じる電位差
を炭酸水素イオン選択性層から酸化還元機能層へ
伝達する機能を有することを特徴とする炭酸水素
イオンセンサー。
1. In a bicarbonate ion sensor that includes an ion-sensing section and measures the ion concentration in a solution by electrode potential response, the ion-sensing section includes a conductive substrate;
comprising a redox functional layer covering the surface of the conductive substrate, a partition layer covering the surface of the redox functional layer, and a bicarbonate ion selective layer covering the surface of the partition layer,
The partition layer prevents the movement of substances constituting each layer between the bicarbonate ion selective layer and the redox functional layer, and prevents the potential difference generated in the bicarbonate ion selective layer upon contact with bicarbonate ions. 1. A hydrogen carbonate ion sensor, characterized in that it has a function of transmitting from a hydrogen carbonate ion selective layer to a redox functional layer.
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